由问题而发现、从假说到理论

1、第五讲 由问题而发现、从假说到理论 内容提要 科学问题 科学假说的创立 科学假说的检验 讨论：科学研究始于观察，还是始于问题？ 归纳主义发现观认为科学研究始于观察，科学发 现的程序是： （1）观察和记录事实 （2）分析事实并归类 （3）进一步归纳引导出一般结论 （4）验证结论 科学问题 定义：科学问题是指在一定时代的科学家在特定的 知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要 解决而又尚未解决的问题。它包括一定的求解目标 和应答域。 科学问题的类型 1.“是什么”的问题。要求对研究对象进行识别或 判定。 2.“为什么”的问题，要求回答现象的原因或行为 的目的。 3.“怎么样”的问题，要求描述所

2、研究的对象或对 象系统的状态或过程。 科学问题的产生 1.当已有理论内部显现逻辑困难时，产生科学问题 2.已有理论同经验产生矛盾时，产生科学问题 3.已有理论之间产生矛盾时候，产生科学问题 科学问题的解答途径 1.通过进一步获取事实来回答问题 2.通过引入新的假说来解答问题 3.通过引入新的概念来解决问题 内容提要 科学问题 科学假说的创立 科学假说的检验 科学假说 定义：是人们根据已经掌握的科学原理和科学事实， 对未知的自然现象及其规律性，经过一系列的思维 过程，预先在自己头脑中做出的假定性解释。 和科学理论一样，必须具有解释性和预见性。 科学假说是通往科学理论的桥梁；科学假说是激发 创造性

3、思维的媒介；科学假说为科学研究指明方向； 不同科学假说的争论有利于科学认识的发展。 建立假说的方法论原则 n 解释性原则 假说应与已知的经过实践复核的事实相符合， 不仅能解释个别事实，而且能解释一系列相关的事实。 n 对应性原则 假说的提出不应与经过严格检验的理论中的内 容相矛盾，而应与它们在适用范围内相对应或相一致。 n 可检验性原则 提出的假说必须是原则上能够被实践检验的， 任何不能用观察、实验加以检验的假说，都不是科学假说。 n 简单性原则 假说在逻辑上应该简单，应以尽可能少的原理 或基本假定为前提，来解释一定领域内所有的已知事实。 溯因推理一种提出尝试性假说的推理 n美国哲学家查尔斯皮

4、尔士曾把推理划分为三种类型： 演绎推理、归纳推理和溯因推理，并着重探讨了溯因 推理。在他看来，溯因推理是独立于演绎和归纳的第 三种推理，它是一种提出尝试性假说的推理类型。它 的形式是： 观察到了令人吃惊的现象B； 如果A是真的，则B可获得解释； 因此，有理由猜想A是真的。 溯因推理的重新表述 n 皮尔士的观点被诺伍德汉森所发展。汉森确信存在发现的 逻辑。溯因推理就是一种发现的逻辑。1958年，他在发现 的模式一书中通过对开普勒发现行星运动三定律的过程的 分析，对溯因推理的形式进行了重新表述： 一些意外的令人吃惊的现象P1，P2，P3被观察到； 找到一个假说H，它能对P1，P2，P3的原因作出解

5、释； 因此，有理由提出假说H。 一种不被人们关注的推理 食品柜里的干酪不见了，仅留下一些碎屑， 昨晚听到了来自食品柜的刮擦声音， 所以，干酪是被老鼠吃了。 想象、灵感和直觉科学发现的心理学机制 n 想象 科学发现是一种“思维的自由创造”，但这种“创造”不是胡思 乱想，而是“自由性”和“严密性”的统一。能将这两者统一起来的只 能是想象。想象贯穿于创造过程的始终，没有想象做铺垫，灵感和直觉 也就无从谈起。 n 灵感 人类创造心理处于激发状态的表现，它来得快，去得也快，具有 稍纵即逝的特点。触发灵感的条件大概有三：科学家必须对所研究的问 题已作了长期的艰苦探索；科学家必须为解决问题而穷思竭虑以至达到

6、 “忘我”的境界；科学家必须在紧张之余稍有松弛。 n 直觉 灵感状态到达以前，思维的自由度是很大的，允许进行各种想象， 但往往毫无结果。只有在思维暂时中断的时候，灵感才有可能突然而致， 因为思维越活跃越难从混乱的思绪中作出最佳的选择，而直觉就是这种 选择，它是灵感状态达到高潮之后的必然结果。 凯库勒之梦苯环分子结构的发现 大陆漂移说 德国地质学家魏格纳（A. Wegner） （1880-1930），大陆 漂移说的创始人 一次世界大战期间，魏 格纳受伤在医院治疗，他的 病床对面有一幅世界地图。 有一天，魏格纳盯着这幅地 图出神，无意中发现大西洋 两岸的大陆轮廓吻合得非常 好非洲西海岸突出的部 分

7、与南美洲东海岸凹进的部 分正好拼成一个整体。于是 魏格纳突发奇想：大西洋两 岸的陆地在远古时代曾经是 连接在一起的，后经裂开和 漂移成了今天格局。他广泛 收集地质学和古生物学等方 面的证据。1915年出版了 大陆和海洋的起源，阐 述了大陆漂移的观点。 证据1：相邻大陆的边缘形态可以拼接 巴西东端的直角突出部分 与非洲西岸直角凹进的几内亚 湾非常吻合。 1965年，人们 曾根据大西洋最新海深图通过 计算机对1000米等深线处进行 拟合，发现两岸几乎可以完美 无缺的拼接。具有如此高的拟 合度不可能是偶然造成的。 证据2：相邻大陆在地层上有许多相似性和可拼合性 例如挪威到苏格兰的加里 东褶皱山系在北

8、美东海岸再现； 南非开普山与南美布宜诺斯艾 利斯的二叠纪地层可以拼合； 非洲高原的前寒武纪片麻岩在 巴西重现等等。这就象被撕碎 的书页，不仅毛边可以拼接， 连印刷文字都恰好齐整切合， 显然就不是巧合了。 证据3：古生物化石的分布 由于相同的生物种不可能 在相隔十分遥远的地点分别独 立出现，它们应该起源于同一 地区，然后再逐渐传播到其他 地区。但是，魏根纳通过对比 发现，在远隔重洋的大西洋两 岸许多生物种群却存在着亲缘 关系，其中特别是那些根本无 法远涉重洋的陆生生物群落， 只有用“联合古陆”的观点才 能得到圆满解释。 内容提要 科学问题 科学假说的创立 科学假说的检验 什么是检验蕴涵？ n 从

9、语言形式上看，科学假说大多表现为全称命题。由 于全称命题无法直接与经验进行比较，因此，检验一 个假说，只能通过间接的途径，即通过检验由假说推 导出来的结论而实现。 n 设受检验的假说为H，H为全称命题。显然，如果H为 真，则可以推出某个命题I，I是可观察事件。于是， 检验假说H的真假就可以通过检验命题I的真假来间接 实现。由于I是以H为前提演绎出来的，即I为H所蕴涵， 因此称I为H的检验蕴涵。 假说检验的三个步骤 n 从假说推导出一些预期的、可观察事件的陈述，即 推出假说的检验蕴涵。 n 进行观察实验获取观察事实，并检验假说的检验蕴 涵与观察事实是否相符。 n 作出检验结论，即如果假说的检验蕴

10、涵与观察实验 结果相符，就可以认为假说得到了证实，否则，就 可以认为假说被证伪了。 关于假说的确证 n模式 如果H，那么I I 所以，H n实质 结论具有或然性，属归纳推理。 n意义 提供了一个证据，在一定程度上支持了这个 假说，并且这样的证据越多，该假说为真的可能性 就越大。证据支持包括四个方面：数量、种类、精 确和创造性 关于假说的证伪 n模式 如果H，那么I 非I 所以，非H n确定性 逻辑上具有必然性，属演绎推理。 n复杂性 当检验蕴涵与观察实验结果不一致时， 要考虑两种情况：观察实验结果是否正确；辅助性 假说是否正确。 案例：塞麦尔维斯-“母亲的救星” 维也纳总医院死于产褥热的产妇

11、1844年1845年1846年 第一产科 病房 8.2%6.8%11.4% 第二产科 病房 2.3%2.0%2.7% 可能的原因 一、“宇宙-地球-大气变化”传播到整个地区而引起 的 二、过分拥挤 三、第一产科病房所有接受训练的医科学生的粗暴检 查造成的创伤 四、心理解释 五、仰卧分娩与侧卧分娩 可能的原因 六、医生的双手是传染性物质的携带者 检验: 产褥热能由化学方法消灭粘附在手上的传染性物 质而得到预防。 能解释更多的事实： 1.第二产科病房死亡率低得多 2.“街道分娩”死亡率比较低 什么是判决性实验？ n 如果关于同一问题存在着两个相互竞争的假说，已 有的证据并非有利于其中的一个而不利于另一个， 即这些证据不足以决定这两个假说孰是孰非。在这 种情况下，我们可以设置同样的条件，由两个相互 竞争的假说分别推出相互排斥的检验蕴涵，通过相 应的观察或实